无机材料物理性能题库(1)(3)

2、请论述量子自由电子导电理论与经典导电理论的异同点。

答：（1）经典电子理论：经典理论认为，在金属晶体中，离子构成了晶格点阵，并形成一个均匀的电场（2分），价电子是完全自由的，称为自由电子（1分），他们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此称为“电子气（2分）”。自由电子的运动遵循经典力学气体分子的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用仅仅是类似于机械碰撞而已（2分）。 在没有外加电场作用时，金属中的自由电子沿各个方向运动的几率相同，因此不产生电流（1分）。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作加速运动，从而形成电流（1分）。

在自由电子定向运动过程中，要不断地与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因（2分）。

（2）量子自由电子理论：和经典电子理论一样，量子自由电子理论同样认为金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，且为整个金属所有，可以在整个金属中自由运动（3分）。但这一理论认为，金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态（2分），而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级（2分）。该理论认为，电子具有波粒二象性（2分）。

3、何谓p-n结的光生伏特效应? 利用这一效应, 解释太阳能电池的工作原理.(15分) 答：p-n结的光生伏特效应：指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

如果用能量比半导体禁带宽度还大的光照射p-n结，半导体吸收光能，电子从价带激发至导带，价带中产生空穴。P区的电子向n区移动，n区的空穴向

p区移动，结果产生电荷积累，p区带正电，n区带负电，从而产生了电位差。这和费米能级的弯曲相对应，若p-n结两侧被覆欧姆接触电极，与外电路相连就有电流通过。

注：用能带图说明太阳能电池的工作原理

保准通过

4、为什么在常温下，大多数无机非金属材料不具备明显的塑性？

答：（1）、对于单晶体的陶瓷材料而言，原则上讲可以通过滑移和孪晶实现塑性形变，但是由于陶瓷晶体多为离子键或共价键，具有明显的方向性，同号离子相斥，只有个别滑移系统能满足位错运动的几何条件和静电作用，所以单晶陶瓷材料只有少数具有简单晶体结构的晶体，如MgO、AgCl在室温下具有塑性，而其它复杂晶体结构的材料在室温下不能进行塑性变形；（4分）

（2）、陶瓷材料一般呈多晶状态，而且还存在气孔、微裂纹、玻璃相等，位错不易向周围晶体传播，更易在晶界处塞积而产生应力集中，形成裂纹引起断裂，所以陶瓷材料很难进行塑性变形；（3分）

（3）、非晶态玻璃材料，由于不存在晶体中的滑移和孪生的变形机制，其永久变形是通过分子位臵的热激活交换来进行的，属于粘性流动变形机制，塑性变形需要在一定的温度下进行，所以普通的无机玻璃在室温下没有塑性。（3分）

综上所述，在常温下大多数无机非金属材料不具备明显的塑性。